Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) совершили значимое открытие в области физики конденсированного состояния. Они наблюдали так называемые краевые состояния в облаке ультрахолодных атомов, представляющие собой редкое явление, при котором электроны могут перемещаться без трения вдоль границы материала.
«Можно представить создание небольших фрагментов подходящего материала и интеграцию их в будущие устройства, чтобы обеспечить непрерывное перемещение электронов по краям и между частями схемы без потерь», — поясняет доцент Ричард Флетчер.
Исследователи из MIT создали искусственную среду, где атомы натрия вращались в лазерной ловушке и охлаждались до нанокельвиновых температур. Далее они модифицировали ловушку, чтобы заставить атомы вращаться. В эту искусственную реальность они ввели лазерное кольцо, создающее стенку вокруг вращающихся атомов.
«Мы создали систему, в которой атомы моделируют поведение электронов в магнитном поле. Это позволяет изучать электронные краевые состояния в более масштабной и наблюдаемой системе», — объясняет профессор Мартин Цвирляйн.
При анализе системы, исследователи заметили, что при столкновении атомов с кольцом света они текли вдоль его края только в одном направлении. «Представьте себе шарики, которые быстро вращаются по краю чаши: они просто продолжают своё движение без трения, без замедления и без утечек или рассеяния атомов по системе. Совершенно устойчивый поток», — описывает Цвирляйн.
Этот постоянный поток сохранялся даже тогда, когда исследователи создали препятствие в виде светящейся точки на пути атомов. Атомы не замедлялись и не рассеивались, а плавно огибали это препятствие, избегая трения.
Флетчер добавляет: «Мы умышленно посылаем большое отталкивающее зеленое препятствие, и атомы должны по идее отскакивать от него. Но вместо этого они находят путь вокруг него, возвращаются к стенке и продолжают своё движение».
Наблюдения исследователей подтверждают, что их искусственная система воспроизводит предсказанное поведение электронов. Результаты демонстрируют, что атомарная установка является адекватной моделью для изучения электронных краевых состояний.
«Это чистое и ясное воплощение красивой части физики. Следующий естественный шаг — включение в систему дополнительных препятствий и взаимодействий, чтобы увидеть, как она будет себя вести в более сложных условиях», — заключает Флетчер.
Исследование может существенно повлиять на управление электронами в материалах и обеспечить сверхэффективную передачу энергии и данных без потерь. «А для нас главное — увидеть невероятную физику, обычно скрытую в материалах и недоступную для прямого наблюдения», — подытоживает Флетчер.
Источник: iXBT
